侯傳東,王紫寧,盧學(xué)春

(1解放軍醫(yī)學(xué)院,北京 100853;2中國人民解放軍總醫(yī)院第二醫(yī)學(xué)中心血液科,國家老年疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心,北京 100853)

免疫衰老是指個體衰老過程中發(fā)生的免疫失調(diào)現(xiàn)象,包括淋巴器官的重塑以及免疫系統(tǒng)功能的改變,此過程通常伴隨著感染、自身免疫性疾病和惡性腫瘤的發(fā)生[1]。研究發(fā)現(xiàn),宿主是決定異質(zhì)性傳染性疾病新型冠狀病毒肺炎(coronavirus disease 2019, COVID-19)的關(guān)鍵因素[2]。免疫衰老導(dǎo)致60歲及以上合并有基礎(chǔ)疾病的老年人容易進展成為重型COVID-19。本綜述主要闡述免疫衰老發(fā)生的病理學(xué)改變和加重老年患者病情的可能機制。

1 老年人COVID-19的流行病學(xué)特點及臨床表現(xiàn)

已有數(shù)據(jù)表明,老年人群COVID-19的發(fā)病率和重癥肺炎發(fā)病率顯著高于年輕人。在60歲及以上的老年群體中,發(fā)病率和死亡率隨年齡增加呈上升趨勢[3]。可見,年齡是影響COVID-19預(yù)后及臨床分型的重要因素之一。盡管SARS-CoV-2具有多種變異,但老年人感染后具有普遍相似的臨床表現(xiàn),包括:咳嗽、咳痰、咽痛、咽干等上呼吸道癥狀和發(fā)熱、肌肉酸痛、乏力等全身癥狀。在此基礎(chǔ)上,老年人重型COVID-19表現(xiàn)為進行性的呼吸困難、氣促和血氧飽和度降低,即急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome, ARDS)和其他全身系統(tǒng)性炎癥反應(yīng)所導(dǎo)致的臨床表現(xiàn)。除免疫衰老的影響外,老年人多病共存也是影響COVID-19臨床表現(xiàn)及預(yù)后的關(guān)鍵因素之一[4]。合并高血壓、糖尿病、冠心病、慢性腎臟疾病及慢性阻塞性肺疾病的患者,與無基礎(chǔ)疾病的患者相比,其病程更長且病情更加嚴重?？赡茉驗?(1)SARS-CoV-2入侵的是表達血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2(angiotensin-converting enzyme 2,ACE2)受體的細胞[5]。在小腸、睪丸、心臟、腎臟等組織中ACE2的表達水平最高,在肺組織、結(jié)腸、肝臟和胰腺等組織中ACE2表達水平中等[6]。若患者合并上述器官的基礎(chǔ)疾病,病毒入侵后可引起該器官及系統(tǒng)功能異常、加速炎癥反應(yīng)導(dǎo)致器官功能衰竭,從而造成病情加重或死亡率增加。(2)患有基礎(chǔ)疾病的老年人,其體內(nèi)單核細胞和巨噬細胞表面CD32a表達增多,CD32a介導(dǎo)了抗體依賴性增強,并通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)釋放促炎細胞因子,這些促炎因子包括γ-干擾素(interferon, IFN-γ)、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白細胞介素-1(interleukin-1,IL-1)和白細胞介素-6(interleukin-6,IL-6)等[7]。炎癥反應(yīng)的增強可能會引發(fā)炎癥風(fēng)暴進而導(dǎo)致老年人COVID-19病情加重。

2 重型COVID-19的病理學(xué)特征

重型COVID-19死亡患者尸檢組織學(xué)檢查顯示[8],全肺微血管通透性增高并伴有大量液體滲出,肺泡彌漫性損傷伴有組織壞死,左右肺均顯示透明膜形成且左肺伴有明顯肺水腫。除此之外,肺間質(zhì)內(nèi)出現(xiàn)大量單個核細胞炎性浸潤,主要為高度細胞毒性的CD8+T細胞和過度活化的Th17細胞[9]。一項COVID-19患者支氣管肺泡灌洗液(broncho alveloar lavage fluid, BALF)的單細胞層面實驗[8]發(fā)現(xiàn)T細胞在重型和普通型COVID-19的患者中具有不同的特征,重型COVID-19患者CD8+T細胞擴增較少、增值性更高且具有更多的表型異質(zhì)性,而普通型COVID-19患者BALF存在較大比例的具有組織駐留特征和擴增特性的CD8+效應(yīng)T細胞。研究發(fā)現(xiàn)重型COVID-19患者BALF中具有更高水平的IL-8、IL-6及IL-1β等[9]。同時發(fā)現(xiàn)重型COVID-19患者BALF內(nèi)主要為單核細胞來源的巨噬細胞,這些巨噬細胞具有很強的促炎性質(zhì)[9]。總之,老年重型COVID-19患者肺部炎癥反應(yīng)更加嚴重,炎癥損傷范圍更加廣泛。

3 免疫衰老對老年人重型COVID-19的影響

3.1 先天性免疫衰老的影響

通常認為衰老主要發(fā)生在適應(yīng)性免疫系統(tǒng),但先天性免疫系統(tǒng)衰老同樣與老年人發(fā)生重型COVID-19密切相關(guān),其中包括單核細胞、巨噬細胞、中性粒細胞及樹突狀細胞的衰老等。

3.1.1 單核細胞和巨噬細胞 隨著年齡的增長,表型為CD16+的促炎單核細胞數(shù)量增加,這與老年人的慢性炎癥狀態(tài)有關(guān)[10]。此外,單核細胞Toll樣受體的表達水平隨著年齡的上升而下降[11],損害了先天免疫應(yīng)答過程。老年人重型COVID-19患者肺組織內(nèi)巨噬細胞數(shù)量增多,且衰老的巨噬細胞比例升高,但抗炎能力降低如分泌IL-10量減少[12]。與此同時,衰老的巨噬細胞在早期階段具有免疫抑制性,降低了SARS-CoV-2入侵后第一時間的免疫效率,且加速肺組織纖維化的發(fā)生[13]。

3.1.2 中性粒細胞 老年人的中性粒細胞殺菌活性和呼吸爆發(fā)降低,中性粒細胞胞外誘捕網(wǎng)形成減少[14],且衰老中性粒細胞具有異常定植和脫顆粒增加的特點[15]。因此,衰老中性粒細胞不僅在免疫功能方面存在缺陷,而且產(chǎn)生許多的炎性物質(zhì)加重炎癥反應(yīng)。

3.1.3 樹突狀細胞 試驗發(fā)現(xiàn)急性COVID-19患者外周血單核細胞和樹突狀細胞的抗原提呈能力降低[16]。樹突狀細胞數(shù)量與年齡增長呈負相關(guān),且樹突狀細胞分泌炎癥因子水平上升,如髓樣樹突狀細胞中磷酸肌醇3-激酶激活減少會導(dǎo)致老年人體內(nèi)一些炎癥因子數(shù)量增加[11]。重型COVID-19患者樹突狀細胞低表達人類白細胞抗原,且其表達水平也低于輕型患者[17]。上述衰老改變使老年人在感染SARS-CoV-2早期不能及時產(chǎn)生免疫應(yīng)答,導(dǎo)致疾病進展和病情加重。

3.1.4 自然殺傷細胞 自然殺傷(nature killer,NK)細胞是先天免疫系統(tǒng)中不需要預(yù)先致敏即可產(chǎn)生非特異性細胞毒性殺傷作用的淋巴細胞。NK細胞可分為CD56dim和CD56bright兩個亞群。隨著年齡增長,CD56dim亞群隨之?dāng)U大而CD56bright亞群隨之減少[18],并伴隨整體復(fù)制能力下降。CD56dim亞群分泌穿孔素和粒酶B殺傷靶細胞的細胞毒作用更強。NK細胞衰老后,分泌細胞因子能力和殺傷靶細胞作用增強,加重COVID-19炎癥反應(yīng)[11]。研究發(fā)現(xiàn),重型COVID-19患者NK細胞數(shù)目明顯減少[19],且NK細胞表型和功能的改變導(dǎo)致在老年人感染早期無法產(chǎn)生有效的免疫反應(yīng)。實際上先天免疫反應(yīng)與適應(yīng)性免疫反應(yīng)的協(xié)調(diào)對于控制病毒早期感染至關(guān)重要,而輕型和普通型COVID-19患者可以產(chǎn)生足夠的先天免疫反應(yīng)對抗早期感染[20]。先天免疫系統(tǒng)功能失調(diào)和免疫衰老共同導(dǎo)致炎癥反應(yīng)失衡,最終加重老年人COVID-19病情[16]。

3.2 適應(yīng)性免疫衰老的影響

適應(yīng)性免疫由漿細胞產(chǎn)生抗體維持的體液免疫和T細胞介導(dǎo)殺傷作用的細胞免疫共同組成。體液免疫衰老和細胞免疫衰老都對老年人COVID-19造成了不利影響。

3.2.1 體液免疫衰老 體液免疫所產(chǎn)生抗體水平隨著年齡的增長而降低,實驗發(fā)現(xiàn)衰老B細胞維持物理突變的能力減弱,降低了抗體的有效滴度[21]。動物實驗中同樣證實感染SARS-CoV-2初期,老年獼猴產(chǎn)生的IgG量明顯少于年輕獼猴[22]。老年人重型COVID-19患者存在淋巴細胞絕對值減少的現(xiàn)象,導(dǎo)致CD4+T細胞與B細胞之間信號傳導(dǎo)發(fā)生障礙,且老年人T細胞受體(T cell receptor, TCR)與B細胞受體的多樣性降低會影響有效抗體滴度。此外,體液免疫衰老過程中抗體壽命降低和自身抗體水平的升高會導(dǎo)致抗病毒能力降低和自身免疫疾病的發(fā)生。實驗發(fā)現(xiàn),COVID-19患者傾向于產(chǎn)生多種自身抗體[23],如抗心磷脂抗體、狼瘡抗凝物和β2糖蛋白I,這些自身抗體與細胞膜上蛋白質(zhì)結(jié)合,導(dǎo)致凝血功能障礙甚至微血管血栓形成。研究發(fā)現(xiàn),重型COVID-19患者自身抗體水平明顯高于輕型和普通型疾病患者[24]。

3.2.2 細胞免疫衰老 TCR的多樣性有利于細胞免疫應(yīng)對多種未知的病原體,但是隨著年齡的增長,老年人體內(nèi)na?ve T細胞的受體多樣性減少[25]。一方面,青春期后成人胸腺萎縮導(dǎo)致TCR多樣性、T細胞輸出數(shù)量減少,且T細胞免疫活性和記憶T細胞數(shù)量降低[26]。另一方面,其他慢性抗原刺激會產(chǎn)生克隆性T細胞記憶庫,即克隆性TCR增多,老年人感染巨細胞病毒后可出現(xiàn)這一現(xiàn)象[26]。實驗發(fā)現(xiàn),重型COVID-19患者T細胞對SARS-CoV-2 S蛋白N端片段的反應(yīng)性低于普通型患者反應(yīng)性[27],且這種低反應(yīng)性與COVID-19患者的病情嚴重程度密切相關(guān)。

COVID-19患者外周血淋巴細胞數(shù)量降低與病情嚴重程度密切相關(guān)。胸腺萎縮使T細胞輸出降低和衰老的T細胞復(fù)制能力降低導(dǎo)致老年人T細胞數(shù)量下降[16]。還存在其他可能的機制如重型COVID-19患者T細胞異常遷移和SARS-CoV-2 S蛋白介導(dǎo)T細胞凋亡[28]。試驗證實,輕型COVID-19患者組織中CD8+T細胞總數(shù)高于重型患者[8]。除此之外,一項流感病毒實驗發(fā)現(xiàn),老年人CD8+T細胞增殖減少會導(dǎo)致抗病毒藥物療效減低[29]。

T細胞表型隨年齡增長發(fā)生改變,衰老T細胞表面CD28分子表達量逐漸降低[30],CD28分子表達缺失導(dǎo)致協(xié)同刺激信號通路障礙和SARS-CoV-2入侵人體后T細胞增殖效能下降。衰老CD4+T細胞的BCL-6表達量降低和RUNX3表達量增加導(dǎo)致CD39表達增加[31]。CD39可以增大ATP酶活性,通過產(chǎn)生腺苷和激活cAMP/PKA途徑抑制記憶和濾泡輔助T細胞分化[31]。衰老的CD8+T細胞復(fù)制能力在逐漸降低的同時上調(diào)抑制性受體,如程序性死亡受體-1,抑制CD8+T細胞抗病毒能力[32]。

3.3 炎癥衰老

衰老細胞產(chǎn)生過量的細胞因子,加重了組織內(nèi)微環(huán)境炎癥狀態(tài),還通過自分泌和旁分泌方式分泌細胞因子加速周圍細胞衰老,這種異常的炎癥反應(yīng)稱為炎癥衰老。炎癥衰老是低度、無菌性、慢性、全身性和系統(tǒng)性的炎癥反應(yīng),常伴有循環(huán)IL-6水平升高。重型COVID-19患者中IL-6水平常常高于輕型患者,因此IL-6被認為是評估COVID-19病情嚴重程度的指標之一。臨床證據(jù)顯示,糖皮質(zhì)激素治療對IL-6等其他炎癥因子水平升高的患者有積極的治療作用。一項研究指出,地塞米松可以降低重型COVID-19患者28d死亡率[33]。直接證據(jù)顯示重癥COVID-19患者支氣管肺泡灌洗液中顆粒酶A、顆粒酶K、整合素α1和趨化因子受體6等有關(guān)白細胞活化、遷移等分子表達水平升高,且促炎細胞因子如IL-6、IL-8等水平也高于輕型和普通型患者,反映了重型COVID-19患者肺內(nèi)過度炎癥反應(yīng)的狀態(tài)[9]。

4 免疫治療重癥COVID-19現(xiàn)狀

據(jù)免疫學(xué)原理,免疫治療通過增強或抑制免疫功能以達到免疫系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)并治療疾病。糖皮質(zhì)激素在治療COVID-19方面已得到廣泛的應(yīng)用,并且對于合并嚴重細菌感染的患者有非常好的治療效果。糖皮質(zhì)激素治療可以降低重型COVID-19患者體內(nèi)過度的炎癥反應(yīng),減輕組織損傷。但是使用糖皮質(zhì)激素藥物治療會增加輕度患者的死亡風(fēng)險[33],這提示適當(dāng)?shù)拿庖叻磻?yīng)是抵抗病毒的有效方式。有研究提出輸注COVID-19恢復(fù)期患者血漿可以抑制病毒復(fù)制并改善炎癥反應(yīng)[34]。此外,實驗發(fā)現(xiàn)IFN-β治療對冠狀病毒感染有效,COVID-19住院患者接受霧化吸入IFN-β后臨床改善和康復(fù)的可能性顯著增加[35]。患者循環(huán)IL-6水平與COVID-19病情嚴重程度相關(guān),在重癥監(jiān)護室的重型COVID-19患者中使用IL-6受體拮抗劑可以改善生存狀況和預(yù)后結(jié)局[36]。

綜上,老年人群存在免疫細胞數(shù)量及功能的不同改變,是老年人體內(nèi)炎癥反應(yīng)失衡與免疫功能障礙的主要免疫病理學(xué)機制之一,并增加了老年人COVID-19的疾病嚴重程度和預(yù)后不良風(fēng)險。探討免疫衰老的發(fā)生機制及影響,有望為尋找預(yù)防危重癥COVID-19的發(fā)生和制定更為有效的COVID-19治療策略提供依據(jù)。